Linux后台开发必知的io优化知识总结

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ithorizon 7个月前 (10-11) 阅读数 33 #Linux

Linux后台开发必知的IO优化知识总结

在Linux后台开发中，IO（输入/输出）优化是减成本时间系统性能的关键。有效的IO操作可以缩减CPU等待时间，减成本时间系统吞吐量。以下是Linux后台开发中必知的IO优化知识总结。

1. IO模型概述

在Linux中，常见的IO模型有五种：阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用、信号驱动IO和异步IO。

1.1 阻塞IO

阻塞IO是最常见的IO模型，当进程发起IO请求后，它会等待IO操作完成。在IO操作完成之前，进程会被挂起，无法执行其他任务。

1.2 非阻塞IO

非阻塞IO允许进程在IO操作未完成时继续执行其他任务。如果IO操作完成，则进程会收到通知并处理导致。

1.3 IO多路复用

IO多路复用允许一个进程同时处理多个IO流。进程通过轮询的对策检查每个IO流的状态，从而实现并发IO。

1.4 信号驱动IO

信号驱动IO使用系统信号来通知进程IO操作完成。进程可以注册一个信号处理函数来处理IO完成事件。

1.5 异步IO

异步IO允许进程在发起IO请求后立即继续执行其他任务。系统会自动处理IO操作，并在操作完成时通知进程。

2. IO优化策略

2.1 选择合适的IO模型

利用应用场景选择合适的IO模型，如对于高并发、低延迟的场景，可以选择IO多路复用或异步IO；对于实时性要求高的场景，可以选择信号驱动IO。

2.2 使用缓冲区

使用缓冲区可以缩减系统调用次数，减成本时间IO快速。在Linux中，可以使用内核提供的缓冲区，如页缓存（page cache）和目录缓存（dir cache）。

2.3 缩减磁盘IO

磁盘IO是IO操作中耗时最长的部分。可以通过以下对策缩减磁盘IO：

使用SSD（固态硬盘）代替HDD（机械硬盘）。

优化数据库查询，缩减数据读取量。

使用内存数据库，如Redis、Memcached等。

2.4 优化文件系统

选择合适的文件系统可以减成本时间IO性能。常见的文件系统有ext4、xfs、btrfs等。在文件系统层面，可以调整参数，如调整文件系统块大小、增长文件系统挂载选项等。

3. IO优化实践

3.1 使用epoll

epoll是Linux提供的一种高效IO多路复用机制。使用epoll可以实现高并发、低延迟的IO操作。以下是一个使用epoll的示例代码：


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/epoll.h>
int main() {
    int epoll_fd = epoll_create1(0);
    if (epoll_fd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        return -1;
    }
    int fd = 0; // 标准输入
    struct epoll_event event;
    event.events = EPOLLIN;
    event.data.fd = fd;
    if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event) == -1) {
        perror("epoll_ctl");
        close(epoll_fd);
        return -1;
    }
    char buffer[1024];
    while (1) {
        int n = epoll_wait(epoll_fd, &event, 1, -1);
        if (n == -1) {
            perror("epoll_wait");
            continue;
        }
        if (event.events & EPOLLIN) {
            ssize_t len = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
            if (len == -1) {
                perror("read");
                continue;
            }
            printf("Received: %s ", buffer);
        }
    }
    close(epoll_fd);
    return 0;
}